DE102014116121B3

DE102014116121B3 - Compact laser rangefinder with increased range

Info

Publication number: DE102014116121B3
Application number: DE102014116121.1A
Authority: DE
Inventors: Uwe Schaller; Otto Jünemann
Original assignee: ESW GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2034-11-06

Abstract

Laser-Entfernungsmesser, umfassend einen Sendekanal (1) und einen Empfangskanal (2), wobei wenigstens die Ersatzbrennweite des Sendekanals (1) länger der Baulänge des Laser-Entfernungsmessers ist, was über eine Sendeoptik erreicht wird, die von einer ersten Sammellinse (1.2) und einer ersten Zerstreuungslinse (1.4) gebildet wird, wobei die erste Zerstreuungslinse (1.4) mit dem Lasersender (1.1) des Sendekanals (1) verbunden ist.Laser rangefinder, comprising a transmitting channel (1) and a receiving channel (2), wherein at least the substitute focal length of the transmitting channel (1) is longer than the length of the laser rangefinder, which is achieved via a transmitting optics, of a first convergent lens (1.2) and a first diverging lens (1.4) is formed, wherein the first diverging lens (1.4) with the laser transmitter (1.1) of the transmission channel (1) is connected.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laser-Entfernungsmesser, wie er gattungsgemäß aus der EP 2 363 726 A1 bekannt ist. The invention relates to a laser rangefinder, as he generically from the EP 2 363 726 A1 is known.

Optische Entfernungsmesser arbeiten bevorzugt nach dem Prinzip der Impulslaufzeitmessung. Sie senden einen Laserimpuls in Richtung eines anzumessenden Zieles aus, empfangen einen am Ziel reflektierten Strahlungsenergieanteil des Laserimpulses und ermitteln aus der Laufdauer des Laserimpulses und der Lichtgeschwindigkeit die Entfernung des angemessenen Zieles vom Laser-Entfernungsmesser. Optical rangefinders work preferably according to the principle of pulse transit time measurement. They emit a laser pulse in the direction of a target to be measured, receive a radiation energy fraction of the laser pulse reflected at the target and determine the distance of the appropriate target from the laser rangefinder from the duration of the laser pulse and the speed of light.

Derartige optische Entfernungsmesser bestehen im Wesentlichen aus einem Sendekanal mit einer Sendeachse und einem Empfangskanal mit einer Empfangsachse, wobei die Sende- und Empfangsachse zueinander parallel ausgerichtet sind. Such optical rangefinders essentially consist of a transmitting channel with a transmitting axis and a receiving channel with a receiving axis, wherein the transmitting and receiving axes are aligned parallel to each other.

Der Sendekanal umfasst als Komponenten einen Lasersender, z. B. eine Laserdiode und eine Sendeoptik, in deren Brennebene der Lasersender angeordnet ist. Durch die Position und die Ausrichtung des Lasersenders und der Sendeoptik wird die Lage der Sendeachse, die durch den Hauptpunkt der Sendeoptik und den Mittelpunkt des Lasersenders verläuft, bestimmt. The transmission channel comprises as components a laser transmitter, z. B. a laser diode and a transmitting optics, in the focal plane of the laser transmitter is arranged. The position and orientation of the laser transmitter and the transmission optics determines the position of the transmission axis, which runs through the main point of the transmission optics and the center of the laser transmitter.

Der Empfangskanal umfasst als Komponenten einen Empfänger, z. B. eine Photodiode und eine Empfangsoptik, in deren Brennebene der Empfänger angeordnet ist. Durch die Position und die Ausrichtung des Empfängers und der Empfangsoptik wird die Lage der Empfangsachse, die durch den Hauptpunkt der Empfangsoptik und den Mittelpunkt des Empfängers verläuft, bestimmt. The receiving channel comprises as components a receiver, e.g. B. a photodiode and a receiving optics, in the focal plane of the receiver is arranged. The position and orientation of the receiver and the receiving optics determine the position of the receiving axis passing through the main point of the receiving optics and the center of the receiver.

Zur Strahlumlenkung können in den Kanälen strahlumlenkende Elemente, z. B. Spiegel, angeordnet sein. For beam deflection can be in the channels beam deflecting elements, eg. B. mirror, be arranged.

Unter der Sendeoptik bzw. der Empfangsoptik werden alle an der Strahlformung beteiligten optischen Elemente des Sende- bzw. des Empfangskanals verstanden. In der Regel handelt es sich hierbei lediglich um Einzellinsen oder um Baugruppen aus mehreren Linsen, insbesondere sogenannte Kittgruppen. The transmitting optics or the receiving optics are understood to mean all the optical elements of the transmitting or receiving channel which are involved in beamforming. As a rule, these are merely single lenses or assemblies of several lenses, in particular so-called cement groups.

Für die Reichweite und die Genauigkeit der Entfernungsmessung ist es erforderlich, dass die Sende- und die Empfangsachse zueinander exakt ausgerichtet sind und diese Ausrichtung dauerhaft, unabhängig von mechanischen und thermischen Einflüssen, stabil bleibt. Je größer die zu messenden Entfernungen sind, desto höher sind die Genauigkeitsanforderungen hierfür. For the range and the accuracy of the distance measurement, it is necessary that the transmitting and the receiving axis are exactly aligned with each other and this alignment remains stable, regardless of mechanical and thermal influences, stable. The larger the distances to be measured, the higher are the accuracy requirements for this.

Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Laser-Entfernungsmessern bekannt, auf die die vorangehende Beschreibung zutrifft und die deshalb als gattungsgemäß gleich zu einem erfindungsgemäßen Laser-Entfernungsmesser zu betrachten sind. Die Offenbarungen zu solchen Laser-Entfernungsmessern beschränkt sich jedoch häufig nur auf Prinzipanordnungen und nicht auf die konkrete konstruktive Ausführung, mit der letztendlich die Ausrichtung und Stabilisierung der beiden Achsen realisiert wird. From the prior art, a plurality of laser rangefinders are known, to which the preceding description applies and which are therefore considered to be generic to a laser rangefinder according to the invention. The disclosures on such laser rangefinders, however, often limited only to principle arrangements and not on the specific structural design, with the ultimate alignment and stabilization of the two axes is realized.

Die US 5,812,893 A offenbart einen optischen Entfernungsmesser mit einem Sender, z. B. einer IR-LED, und einem Empfänger, die gegenüberliegend auf entgegengesetzten Seiten einer flexiblen Leiterplatte unmittelbar auf dieser montiert angeordnet sind. Die Leiterplatte ist in einem Gehäuse gefasst, das als Träger einer Sendelinse und einer Empfangslinse sowie zweier Umlenkspiegel dient. The US 5,812,893 A. discloses an optical rangefinder with a transmitter, e.g. B. an IR LED, and a receiver, which are arranged opposite one another mounted on opposite sides of a flexible circuit board directly on this. The circuit board is mounted in a housing which serves as a carrier of a transmitting lens and a receiving lens and two deflecting mirror.

Indem der Sender und der Empfänger auf jeweils einer anderen Seite der lichtundurchlässigen Leiterplatte angeordnet sind, können sie räumlich nah beieinander montiert werden, ohne dass auf den Empfänger direkte Strahlung oder Streustrahlung vom Sender fallen kann. Damit kann auf Mittel zur Abschirmung des Empfängers verzichtet werden und der Entfernungsmesser kann kleiner und kompakter ausgeführt werden. LEDs sind häufig, wie in den Zeichnungen der vorgenannten US 5,812,893 A angedeutet, mit einem Kunststoff- oder auch Glaskörper verkapselt, der als Feldlinse wirkt. Damit wird die austretende Strahlungsleistung auf einen kleineren Raumwinkel gebündelt. By placing the emitter and the receiver on each side of the opaque circuit board, they can be mounted in close proximity to one another without direct radiation or stray radiation from the emitter falling onto the receiver. This can be dispensed with means for shielding the receiver and the rangefinder can be made smaller and more compact. LEDs are common, as in the drawings of the aforementioned US 5,812,893 A. indicated, encapsulated with a plastic or glass body, which acts as a field lens. This bundles the exiting radiation power to a smaller solid angle.

Aus der DE 10 2005 041 998 A1 ist ein optischer Entfernungsmesser, genauer ein Laser-Entfernungsmesser, bekannt, mit einem Optikträger, an dem eine Aufnahme für eine Empfangsoptik (hier Empfangslinse) sowie Führungsmittel und Befestigungsmittel zum Verschieben und Fixieren einer Leiterplatte vorhanden sind, auf der eine Laserdiode (hier Sender), eine Sendeoptik (hier Kollimationsoptik) und ein Empfänger vormontiert sind. Über ein Verschieben der Leiterplatte in z-Richtung und der Empfangslinse in x- und y-Richtung werden die Sendeachse und die Empfangsachse zueinander parallel ausgerichtet. From the DE 10 2005 041 998 A1 is an optical rangefinder, more precisely a laser rangefinder, known with an optical carrier on which a receptacle for a receiving optics (here receiving lens) and guide means and fastening means for moving and fixing a circuit board are present, on which a laser diode (here transmitter), a transmission optics (here Kollimationsoptik) and a receiver are pre-assembled. By moving the printed circuit board in the z-direction and the receiving lens in the x and y directions, the transmission axis and the reception axis are aligned parallel to one another.

Der Optikträger wird anschließend in ein Gehäuse eines Messgerätes eingeschoben. The optics carrier is then inserted into a housing of a measuring device.

Da sowohl der Empfänger als auch der Sender mit der Kollimationsoptik auf der Leiterplatte vormontiert sind und keine zusätzlichen Umlenkspiegel verwendet werden, kann ein kompaktes Messgerät mit einer nur geringen Baugröße realisiert werden. Since both the receiver and the transmitter are pre-assembled with the collimating optics on the circuit board and no additional deflection mirrors are used, a compact measuring device with only a small size can be realized.

Der Sender und die Kollimationsoptik sind als eine Baueinheit ausgeführt, wobei der Sender optisch bedingt zwingend im Brennpunkt der Kollimationsoptik angeordnet sein muss, womit die Brennweite der Kollimationsoptik der Baulänge dieser Baueinheit entspricht und kürzer ist als das Gehäuse in Richtung der Sendeachse. The transmitter and the collimation optics are designed as a structural unit, the transmitter optically conditionally imperatively must be arranged in the focal point of the collimating optics, whereby the focal length of the collimating optics of the overall length of this unit corresponds and is shorter than the housing in the direction of the transmission axis.

Aus der DE 103 31 074 A1 ist eine Sensoranordnung zur Abstandsmessung bekannt, die im Innenraum eines Fahrzeuges hinter einer Fensterscheibe angeordnet ist. Aus deren Verwendung ergibt sich, dass sie für nur kurze zu messende Entfernungen konzipiert ist. Die Sensoranordnung ist in einem Gehäuse untergebracht, welches mit der Befestigung an der Fensterscheibe durch diese verschlossen wird. Die Sendeanordnung umfasst einen Sendekanal und einen Empfangskanal, die jeweils auf einer anderen Seite einer für die Strahlung des Senders undurchlässigen Leiterplatte angeordnet sind. Betreffs der Befestigung der einzelnen Komponenten der beiden Kanäle lässt sich lediglich aus den Zeichnungen entnehmen, dass der Sender, beispielsweise eine Laserdiode, direkt auf der Leiterplatte montiert ist und die Linsenanordnung der Empfangseinheit in das Gehäuse eingepasst ist. Das Gehäuse dient als das Bauteil, das der Sendeanordnung seine mechanische Stabilität gibt. From the DE 103 31 074 A1 a sensor arrangement for distance measurement is known, which is arranged in the interior of a vehicle behind a window pane. Their use shows that they are designed for only short distances to be measured. The sensor assembly is housed in a housing which is closed with the attachment to the window glass by this. The transmission arrangement comprises a transmission channel and a reception channel, which are each arranged on a different side of a circuit board impermeable to the radiation of the transmitter. With regard to the attachment of the individual components of the two channels can be seen only from the drawings that the transmitter, such as a laser diode, is mounted directly on the circuit board and the lens assembly of the receiving unit is fitted into the housing. The housing serves as the component that gives the transmission assembly its mechanical stability.

Aus der vorgenannten EP 2 363 726 A1 ist ein Laser-Entfernungsmesser bekannt, der sich im Wesentlichen von den vorgenannten Entfernungsmessern dadurch unterscheidet, dass eine Leiterplatte nicht nur als Montagebasis für elektronische und elektrooptische Komponenten, die untereinander über integrierte Leiterzüge miteinander verbunden werden können, sondern auch als mechanischer Grundkörper dient, der dem Laser-Entfernungsmesser seine Stabilität gibt und auf dem alle Komponenten des Laser-Entfernungsmessers, auch die optischen Komponenten wie die Sende- und die Empfangsoptik, montiert sind. From the aforementioned EP 2 363 726 A1 a laser rangefinder is known, which differs essentially from the aforementioned rangefinders in that a circuit board not only serves as a mounting base for electronic and electro-optical components that can be interconnected via integrated conductor tracks, but also serves as a mechanical body that the Laser rangefinder gives its stability and on which all components of the laser rangefinder, including the optical components such as the transmitting and the receiving optics are mounted.

Der Lasersender und der Empfänger sind jeweils auf einer Aufsatz-Leiterplatte montiert, welche über ausgedehnte Lötpunkte senkrecht auf der Basisplatte befestigt sind. The laser transmitter and the receiver are each mounted on a top-mounted circuit board, which are attached via extended soldering points perpendicular to the base plate.

Damit die Sendeachse und die Empfangsachse zueinander parallel verlaufen, werden die Sendeoptik und die Empfangsoptik bevorzugt über eine Klebeverbindung auf der Basis-Leiterplatte befestigt und die Aufsatz-Leiterplatten, auf denen der Lasersender bzw. der Empfänger befestigt sind, werden hierzu so positioniert und ausgerichtet, dass deren Mittelpunkte in der Brennebene der Sende- bzw. der Empfangsoptik jeweils gemeinsam mit den Hauptpunkten der Sende- bzw. der Empfangoptik zwei zueinander parallel verlaufende Geraden beschreiben, welche die Sendeachse und die Empfangsachse definieren. In order for the transmission axis and the reception axis to run parallel to one another, the transmission optics and the reception optics are preferably fastened to the base circuit board via an adhesive connection, and the attachment circuit boards on which the laser transmitter or the receiver are mounted are positioned and aligned for this purpose. that their center points in the focal plane of the transmitting or the receiving optics in each case describe together with the main points of the transmitting and the receiving optics two mutually parallel straight lines which define the transmission axis and the reception axis.

Zur Positionierung und Ausrichtung des Lasersenders und des Empfängers werden die Aufsatz-Leiterplatten, bestückt mit dem Lasersender bzw. dem Empfänger, innerhalb eines vorgegebenen Justierbereiches zur Sendeoptik bzw. Empfangsoptik in bzw. um die Richtungen aller drei Raumachsen x, y und z verschoben bzw. verkippt und in einer Justierlage fixiert. For positioning and alignment of the laser transmitter and the receiver, the attachment printed circuit boards, equipped with the laser transmitter or the receiver, are displaced within a predetermined adjustment range to the transmission optics or receiving optics in or around the directions of all three spatial axes x, y and z tilted and fixed in an adjustment position.

Damit die einjustierten Aufsatz-Leiterplatten und damit der einjustierte Lasersender bzw. der einjustierte Empfänger in ihrer Justierlage fixiert werden können, sind auf der Basis-Leiterplatte Lötpunkte vorgesehen, die eine solche flächenmäßige Ausdehnung in x- und y-Richtung auf der Oberfläche der Basis-Leiterplatte aufweisen, dass sich die beiden Aufsatz-Leiterplatten in der Justierlage direkt oberhalb der Lötpunkte befinden. In order that the adjusted face-mounted circuit boards and thus the adjusted laser transmitter or the adjusted receiver can be fixed in their adjustment position, soldering points are provided on the base circuit board, which provide such an areal extent in the x and y directions on the surface of the base Have printed circuit board, that the two attachment circuit boards are located in the adjustment position directly above the solder points.

Die Aufsatz-Leiterplatten können dann in der Justierlage fixiert werden, indem die Aufsatz-Leiterplatten mit den Lötpunkten mittels Lot verbunden werden, wobei mit einer entsprechend großen Menge von Lot die Aufsatz-Leiterplatten auch mit einem Abstand von den Lötpunkten in z-Richtung mechanisch fest verlötet werden können. Indem der Lasersender und der Empfänger nicht unmittelbar auf die Basis-Leiterplatte aufgelötet werden, werden sie weniger thermisch belastet. Der Platzbedarf des Lasersenders und des Empfängers auf der Basis-Leiterplatte beschränkt sich nur auf den Platz für die Lötpunkte. The attachment circuit boards can then be fixed in the Justierlage by the top circuit boards are connected to the solder pads by means of solder, with a correspondingly large amount of solder, the top circuit boards mechanically fixed with a distance from the soldering points in the z direction can be soldered. By not soldering the laser transmitter and receiver directly to the base circuit board, they are less thermally stressed. The space requirement of the laser transmitter and the receiver on the base board is limited only to the space for the solder points.

Auf die Aufsatz-Leiterplatten sind vorteilhaft auch die zum Betreiben des Lasersenders bzw. des Empfängers unmittelbar notwendigen Bauelemente aufgebracht, wie Ansteuerelemente oder eine Verstärkerstufe. Vorteilhaft sind der Lasersender und der Empfänger, die Sendeoptik und die Empfangsoptik und gegebenenfalls weitere Komponenten in einer spiegelsymmetrischen Lage zur Basis-Leiterplatte angeordnet, um die Basis-Leiterplatte beidseitig gleichmäßig mechanisch und thermisch zu belasten. Es wird so vermieden, dass sich die Basis-Leiterplatte infolge der örtlichen Erwärmung durch die Verlustleistung elektrischer oder elektrooptischer Komponenten und der Erwärmung der optischen Komponenten durch die Beaufschlagung mit Wärmestrahlung auf seinen beiden Seiten unterschiedlich erwärmt und infolgedessen verzieht. Advantageously, the components which are directly necessary for operating the laser transmitter or the receiver are also applied to the top-mounted circuit boards, such as control elements or an amplifier stage. Advantageously, the laser transmitter and the receiver, the transmitting optics and the receiving optics and, if appropriate, further components are arranged in a mirror-symmetrical position relative to the base printed circuit board in order to load the base printed circuit board uniformly on both sides mechanically and thermally. It is thus avoided that the base circuit board is heated differently due to the local heating by the power loss of electrical or electro-optical components and the heating of the optical components by the application of heat radiation on both sides and consequently warped.

Insbesondere im Interesse einer Gewichtsreduzierung bestehen die Sendeoptik und die Empfangsoptik vorteilhaft aus transparentem Polymer, z. B. Acryl. Sie weisen an der Umfangsfläche eine ebenflächige Phase auf, mit der sie jeweils auf die Basis-Leiterplatte aufgeklebt sind. Der Abstand zwischen Sende- und Empfangsachse kann auf diese Weise im Vergleich zu einer üblicherweise gefassten Optik verringert werden. Particularly in the interest of weight reduction, the transmitting optics and the receiving optics advantageously consist of transparent polymer, eg. As acrylic. They have on the peripheral surface on a planar phase, with which they are each glued to the base circuit board. The distance between transmitting and receiving axis can be reduced in this way compared to a conventionally taken optics.

Der Vorteil eines Laser-Entfernungsmessers gemäß der vorbenannten EP 2 363 726 A1 im Vergleich zu gattungsgleichen Entfernungsmessern des Standes der Technik besteht insbesondere darin, dass die Basisplatte den mechanischen Träger des Entfernungsmessers bildet, alle seine Komponenten hierauf befestigt sind und eine Justierung des Sende- und des Empfangskanals allein über die Justierung der Aufsatz-Leiterplatten erfolgen kann. Ebenso wie in gattungsgleichen Entfernungsmessern sind die Sende- und die Empfangsoptik so gerechnet, dass im Abstand ihrer Brennweiten der Lasersender und der Empfänger mittelbar über die Aufsatz-Leiterplatten auf der Basis-Leiterplatte angeordnet werden können. The advantage of a laser rangefinder according to the aforementioned EP 2 363 726 A1 Compared to prior genus rangefinders of the prior art is in particular that the base plate forms the mechanical support of the rangefinder, all its components are attached thereto and an adjustment of the transmitting and the receiving channel can be done solely on the adjustment of the top circuit boards. Just as in genus same rangefinders, the transmitting and receiving optics are calculated so that at a distance from their focal lengths of the laser transmitter and the receiver can be arranged indirectly on the top circuit boards on the base circuit board.

Ausgehend von einer Laserdiode mit einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik wird in Abhängigkeit von der Brennweite der Sendeoptik die Sendeoptik über den Strahlquerschnitt eines abgestrahlten Laserstrahles am Ort der Sendeoptik ausgeleuchtet. Eine Erhöhung der Reichweite, bei unverändertem Sendekanal, gebildet durch den Lasersender und die Sendeoptik, ist über das Aussenden einer höheren Laserleistung möglich. Dem sind allerdings durch die Forderung nach Einhaltung einer bestimmten Laserklasse Grenzen gesetzt. Starting from a laser diode having a predetermined emission characteristic, the emission optics is illuminated at the location of the emission optics via the beam cross section of a radiated laser beam as a function of the focal length of the emission optics. Increasing the range, with an unchanged transmission channel, formed by the laser transmitter and the transmission optics, is possible by transmitting a higher laser power. However, this is limited by the requirement to comply with a certain laser class.

Alle vorgenannten Lösungen des Standes der Technik haben gemeinsam, dass der Sendekanal aus einem Sender und einer Sendeoptik gebildet wird, wobei die Sendeoptik entweder eine die vom Sender ausgehende Strahlung sammelnde Einzellinse oder eine nicht näher erläuterte kollimierende und damit ebenso sammelnde Optik ist, die als eine mechanische Einheit zu verstehen ist. Das heißt, zur Justage des Sendekanals stehen grundsätzlich zwei Einheiten, der Sender und die Sendeoptik, zur Verfügung. All of the aforementioned solutions of the prior art have in common that the transmission channel is formed by a transmitter and a transmitting optics, wherein the transmitting optics either one emanating from the transmitter radiation collecting single lens or an unspecified collimating and thus also collecting optics is, as a mechanical unit is understood. That is, for the adjustment of the transmission channel are basically two units, the transmitter and the transmission optics, available.

Maßnahmen zur Verbesserung der Augensicherheit werden in der Patentschrift US 7 583 364 B1 beschrieben. Bei einem dort offenbarten Laserentfernungsmessgerät ist im Strahlengang des Lasersenders nach einem Umlenkspiegel ein Strahlaufweiter angeordnet. Der Strahlaufweiter ist in Form eines Galileo-Teleskops ausgelegt. Measures to improve eye safety are in the patent US Pat. No. 7,583,364 B1 described. In a laser distance measuring device disclosed therein, a beam expander is arranged in the beam path of the laser transmitter after a deflecting mirror. The beam expander is designed in the form of a Galileo telescope.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2011 000 978 A1 ist ein Laserscanner zum Abtasten einer Überwachungsebene bekannt. Zur Verbesserung der Augensicherheit wird der Sendestrahl mit einem Zylinderlinsenteleskop aufgeweitet. Zwischen dem Zylinderlinsenteleskop und dem Lasersender ist eine zusätzliche Kollimationslinse angeordnet. From the publication DE 10 2011 000 978 A1 For example, a laser scanner is known for scanning a surveillance plane. To improve eye safety, the transmission beam is widened with a cylindrical lens telescope. Between the cylindrical lens telescope and the laser transmitter, an additional collimating lens is arranged.

Bei einem in der Offenlegungsschrift DE 21 01 772 A beschriebenen optischen Entfernungsmesser wird der Sendestrahl mit einem aus einer sammelnden und einer zerstreuenden Linse bestehenden Galileo-Teleskop aufgeweitet, wobei die zerstreuende Linse verschiebbar in einer Fassung angeordnet ist. In one in the published patent application DE 21 01 772 A described optical rangefinder, the transmission beam is widened with a consisting of a collecting and a dispersive lens Galileo telescope, wherein the dispersive lens is slidably disposed in a socket.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen kleinen und kompakten Laser-Entfernungsmesser, wie er aus der vorgenannten EP 2 363 726 A1 bekannt ist, so zu verbessern, dass seine Reichweite bei Beibehaltung einer geforderten Laserklasse erhöht wird, ohne dass dessen Abmaße verändert werden müssen oder der Justageaufwand erhöht wird. The invention is based on the object, a small and compact laser rangefinder, as he from the aforementioned EP 2 363 726 A1 It is known to improve so that its range is increased while maintaining a required laser class, without the dimensions must be changed or the adjustment effort is increased.

Diese Aufgabe wird für einen Laser-Entfernungsmesser mit einem Sendekanal, umfassend einen Lasersender und eine erste Sammellinse, eine objektseitige Brennweite aufweisend, die gemeinsam eine Sendeachse definieren, und einem Empfangskanal, umfassend einen Empfänger und eine zweite Sammellinse, eine bildseitige Brennweite aufweisend, die gemeinsam eine Empfangsachse definieren, die zur Sendeachse parallel ausgerichtet ist, sowie einer für die Strahlung des Lasersenders undurchlässigen, formstabilen Leiterplatte, auf der der Lasersender und der Empfänger jeweils innerhalb eines ausgedehnten Lötpunkts mittelbar auf einer Aufsatz-Leiterplatte montiert befestigt sind, wobei der Sendekanal auf einer Seite der Leiterplatte und der Empfangskanal auf der anderen Seite der Leiterplatte angeordnet sind, gelöst. Es ist wesentlich, dass zwischen der ersten Sammellinse und dem Lasersender eine erste Zerstreuungslinse angeordnet ist und diese mit dem Lasersender verbunden ist. Die Brennweiten der ersten Zerstreuungslinse sind kürzer als die Brennweiten der ersten Sammellinse und die Hauptebenen der ersten Zerstreuungslinse liegen innerhalb der objektseitigen Brennweite der ersten Sammellinse. Es ergibt sich eine objektseitige Ersatzbrennebene des Sendekanals, die außerhalb der objektseitigen Brennweite der ersten Sammellinse liegt, in welcher der Lasersender angeordnet ist. This object is achieved for a laser range finder having a transmission channel comprising a laser transmitter and a first convergent lens having an object-side focal length which together define a transmission axis and a reception channel comprising a receiver and a second condenser having a image-side focal length in common Define a receiving axis, which is aligned parallel to the transmission axis, as well as a radiation transmitter of the laser transmitter, dimensionally stable printed circuit board on which the laser transmitter and the receiver are each mounted within an extended solder point mounted indirectly on a top circuit board, wherein the transmission channel on a Side of the circuit board and the receiving channel are arranged on the other side of the circuit board, solved. It is essential that a first diverging lens is arranged between the first converging lens and the laser transmitter and that this is connected to the laser transmitter. The focal lengths of the first diverging lens are shorter than the focal lengths of the first converging lens and the principal planes of the first diverging lens are within the object-side focal length of the first converging lens. This results in an object-side replacement focal plane of the transmission channel, which lies outside the object-side focal length of the first convergent lens, in which the laser transmitter is arranged.

Vorteilhaft ist zwischen der zweiten Sammellinse und dem Empfänger eine zweite Zerstreuungslinse angeordnet, die mit dem Empfänger verbunden ist. Auch sie weist Brennweiten auf, die kürzer als die Brennweiten der zweiten Sammellinse sind, und ihre Hauptebenen liegen innerhalb der bildseitigen Brennweite der zweiten Sammellinse. Es ergibt sich eine bildseitige Ersatzbrennebene des Empfangskanals, die außerhalb der bildseitigen Brennweite der zweiten Sammellinse liegt, in welcher der Empfänger angeordnet ist. Advantageously, a second diverging lens, which is connected to the receiver, is arranged between the second convergent lens and the receiver. Also, it has focal lengths shorter than the focal lengths of the second condenser lens, and their major planes are within the image side focal length of the second condenser lens. This results in an image-side replacement focal plane of the receiving channel, which lies outside the image-side focal length of the second convergent lens, in which the receiver is arranged.

Für die Ausführung des Sendekanals ist es von Vorteil, wenn die objektseitige Brennebene der ersten Sammellinse und die objektseitige Ersatzbrennebene des Sendekanals zueinander einen Abstand aufweisen, der kleiner als die Ausdehnung einer der ausgedehnten Lötpunkte ist. For the execution of the transmission channel, it is advantageous if the object-side focal plane of the first converging lens and the object-side substitute focal plane of the transmission channel to each other a distance which is smaller than the extent of one of the extended soldering points.

Für die Ausführung des Empfangskanals ist es von Vorteil, wenn die bildseitige Brennebene der zweiten Sammellinse und die bildseitige Ersatzbrennebene des Empfangskanals zueinander einen Abstand aufweisen, der kleiner als die Ausdehnung einer der ausgedehnten Lötpunkte ist. It is advantageous for the embodiment of the receiving channel if the image-side focal plane of the second converging lens and the image-side substitute focal plane of the receiving channel have a distance from one another which is smaller than the extent of one of the extended soldering points.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Hierzu zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. Show:

1a einen Prinzipaufbau eines Laser-Entfernungsmessers gemäß dem Stand der Technik, 1a a principle structure of a laser rangefinder according to the prior art,

1b ein paraxiales Optikschema für einen Laser-Entfernungsmesser gemäß 1a, 1b a paraxial optics scheme for a laser rangefinder according to 1a .

1c Darstellung des Strahlquerschnittes in der Ebene der Austrittspupille eines Sendekanals gemäß 1b, 1c Representation of the beam cross-section in the plane of the exit pupil of a transmission channel according to 1b .

2a einen Prinzipaufbau eines erfindungsgemäßen Laser-Entfernungsmessers, 2a a basic structure of a laser rangefinder according to the invention,

2b ein paraxiales Optikschema für einen Laser-Entfernungsmesser gemäß 2a und 2 B a paraxial optics scheme for a laser rangefinder according to 2a and

2c Darstellung des Strahlquerschnittes in der Ebene der Austrittspupille eines Sendekanals gemäß 2b. 2c Representation of the beam cross-section in the plane of the exit pupil of a transmission channel according to 2 B ,

Nachfolgend wird zuerst ein gemäß dem vorgenannten Stand der Technik bekannter Laser-Entfernungsmesser beschrieben, dessen Reichweite verbessert werden soll. Vorteilhafterweise sollen durch dafür notwendige Veränderungen dessen äußere Abmessungen nicht verändert werden oder der Herstellungs-, Montage- und Justageaufwand wesentlich erhöht werden. Hieran anschließend wird ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Laser-Entfernungsmessers beschrieben und die sich durch die unterschiedlichen Merkmale ergebenden Wirkungen und einhergehenden Verbesserungen aufgezeigt. Hereinafter, a known according to the aforementioned prior art laser range finder will be described, the range of which is to be improved. Advantageously, the outer dimensions should not be changed by the necessary changes or the manufacturing, assembly and adjustment costs are substantially increased. Hereinafter, a particularly advantageous embodiment of a laser rangefinder according to the invention will be described and shown the effects resulting from the different features and accompanying improvements.

Ein in der 1a mit seinen wesentlichen Merkmalen dargestellter und aus dem Stand der Technik bekannter Laser-Entfernungsmesser umfasst eine Basis-Leiterplatte 3, die als mechanischer Grundkörper, als optische und elektrische Abschirmung, als Träger elektrischer Verbindungen und als Wärmeleiter dient. Durch diese multifunktionale Auslegung der Basis-Leiterplatte 3 kann vergleichsweise ein kleiner, leichter, kompakter und stabiler Laser-Entfernungsmesser kostengünstig hergestellt werden. Die beiden Seiten der Basis-Leiterplatte 3 sind, soweit das mit den für den Laser-Entfernungsmesser notwendigen Komponenten möglich ist, zur Basis-Leiterplatte 3 symmetrisch bestückt. Wesentliche Komponenten hierfür sind ein Lasersender 1.1, z. B. ein Diodenlaser, und eine erste Sammellinse 1.2 als Sendeoptik, die gemeinsam auf einer Seite der Basis-Leiterplatte 3 angeordnet sind und den Sendekanal 1 mit einer Sendeachse 1.3 bilden, sowie ein Empfänger 2.1, z. B. eine Photodiode, und eine zweite Sammellinse 2.2 als Empfangsoptik, die gemeinsam auf der anderen Seite der Basis-Leiterplatte 3 angeordnet sind und den Empfangskanal 2 mit einer Empfangsachse 2.3 bilden. Die erste Sammellinse 1.2 und die zweite Sammellinse 2.2 sind senkrecht zur Basis-Leiterplatte 3 ausgerichtet auf dieser aufgeklebt. Der Lasersender 1.1 und der Empfänger 2.1 sind jeweils auf einer sogenannten Aufsatz-Leiterplatte 5 aufgebracht, die jeweils auf der Basis-Leiterplatte 3 auf dafür vorgesehenen Lötpunkten 4 mit Lot aufgelötet sind, womit neben der Befestigung auch ein elektrischer Kontakt hergestellt wird. An Indian 1a The laser range finder illustrated with its essential features and known from the prior art comprises a base printed circuit board 3 , which serves as a mechanical base, as optical and electrical shielding, as a carrier of electrical connections and as a heat conductor. Through this multifunctional design of the basic circuit board 3 In comparison, a small, lighter, compact and stable laser rangefinder can be produced inexpensively. The two sides of the base circuit board 3 are, as far as possible with the necessary components for the laser rangefinder, to the base board 3 symmetrically equipped. Essential components for this are a laser transmitter 1.1 , z. B. a diode laser, and a first condenser lens 1.2 as a transmission optics, which together on one side of the base board 3 are arranged and the transmission channel 1 with a transmission axis 1.3 form as well as a receiver 2.1 , z. B. a photodiode, and a second condenser lens 2.2 as receiving optics, which work together on the other side of the base circuit board 3 are arranged and the receiving channel 2 with a reception axis 2.3 form. The first condensing lens 1.2 and the second condenser lens 2.2 are perpendicular to the base circuit board 3 glued on this glued. The laser transmitter 1.1 and the receiver 2.1 are each on a so-called essay circuit board 5 applied, each on the base circuit board 3 on designated solder points 4 soldered with solder, which in addition to the attachment and an electrical contact is made.

Vor dem Auflöten wurden die Aufsatz-Leiterplatten 5 durch Verschiebung oberhalb der Lötpunkte 4 zur ersten Sammellinse 1.2 bzw. zur zweiten Sammellinse 2.2 so justiert, dass der Lasersender 1.1 in der Brennebene der ersten Sammellinse 1.2 und der Empfänger 2.1 in der Brennebene der zweiten Sammellinse 2.2 liegt und die Sendeachse 1.3 und die Empfangsachse 2.3 zueinander parallel ausgerichtet sind. Before soldering, the tower boards became 5 by shifting above the soldering points 4 to the first condensing lens 1.2 or to the second convergent lens 2.2 adjusted so that the laser transmitter 1.1 in the focal plane of the first condensing lens 1.2 and the receiver 2.1 in the focal plane of the second condenser lens 2.2 lies and the transmission axis 1.3 and the receiving axis 2.3 aligned parallel to each other.

In Abhängigkeit von der Abstrahlcharakteristik des Lasersenders 1.1 und der Brennweite der ersten Sammellinse 1.2 weist der Laserstrahl in der Ebene der Austrittspupille 7 der ersten Sammellinse 1.2 einen bestimmten Strahlquerschnitt q_S auf, siehe 1c. Depending on the emission characteristics of the laser transmitter 1.1 and the focal length of the first converging lens 1.2 the laser beam points in the plane of the exit pupil 7 the first condensing lens 1.2 a certain beam cross-section q _S on, see 1c ,

In 1b ist ein paraxiales Optikschema für den Sendekanal 1 und den Empfangskanal 2 des in 1a dargestellten Laser-Entfernungsmessers dargestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung in den Zeichnungen sind die beiden Hauptebenen aller dargestellten Linsen sowie der gebildeten Sende- und der gebildeten Empfangsoptik jeweils zusammenfallend gezeichnet. Bei der Benennung der im Optikschema dargestellten Brennebenen, Brennweiten und Brennpunkte wurde für den Sendekanal 1 der Lasersender 1.1 als objektseitig angeordnet und für den Empfangskanal 2 der Empfänger 2.1 als bildseitig angeordnet betrachtet. In 1b is a paraxial optics scheme for the transmission channel 1 and the receiving channel 2 of in 1a shown laser rangefinder shown. To simplify the illustration in the drawings, the two main planes of all illustrated lenses and the formed transmitting and the formed receiving optics are each drawn coincident. When naming the focal planes, focal lengths and focal points shown in the optical scheme was for the transmission channel 1 the laser transmitter 1.1 arranged as an object side and for the receiving channel 2 the recipient 2.1 considered as arranged on the image side.

1c zeigt den Strahlquerschnitt q_S in der Ebene der Austrittspupille 7 der ersten Sammellinse 1.2 für einen Laserstrahl mit einer typischen Abstrahlcharakteristik eines Diodenlasers als Lasersender 1.1. 1c shows the beam cross section q _S in the plane of the exit pupil 7 the first condensing lens 1.2 for a laser beam with a typical radiation characteristic of a diode laser as a laser transmitter 1.1 ,

Damit eine einen Laserstrahl aussendende Vorrichtung, wie ein Laser-Entfernungsmesser, einer bestimmten Laserklasse zugeordnet werden kann, z. B. der Laserklasse 1, darf, bei gegebener Emissionswellenlänge des ausgesendeten Laserstrahls und gegebener Abstrahlcharakteristik des Lasersenders 1.1 sowie einer gegebenen objektseitigen Brennweite f_1.2 der Sendeoptik, welche hier nur durch die erste Sammellinse 1.2 gebildet ist und kürzer der Länge der Basis-Leiterplatte 3 sein muss, die Pulsenergie, mit welcher der Lasersender 1.1 einen Laserstrahl aussendet, einen bestimmten maximalen Wert nicht überschreiten. Thus, a laser beam emitting device, such as a laser rangefinder, a certain laser class can be assigned, for. B. the laser class 1 , may, given the emission wavelength of the emitted laser beam and given radiation characteristic of the laser transmitter 1.1 and a given object-side focal length f _{1.2 of} the transmission optics, which here only by the first convergent lens 1.2 is formed and shorter the length of the base board 3 must be, the pulse energy with which the laser transmitter 1.1 emit a laser beam, do not exceed a certain maximum value.

Dieser maximale Wert darf nur so groß sein, dass über einen Anteil des Strahlquerschnittes q_S, der innerhalb eines jeden beliebigen Kreisausschnittes mit einem Durchmesser von 7 mm (gedachte Messpupille) in der Austrittspupille 7 der Sendeoptik liegt, eine Pulsenergie übertragen wird, welche den Grenzwert für die vorgegebene Laserklasse nicht überschreitet. This maximum value may only be so great that over a portion of the beam cross-section q _S , within any circular cutout with a diameter of 7 mm (imaginary measuring pupil) in the exit pupil 7 the transmitting optics is transmitted, a pulse energy is transmitted, which does not exceed the limit value for the given laser class.

Nach der Norm „Sicherheit von Lasereinrichtungen – Teil 1: Klassifizierung von Anlagen und Anforderungen“, deutsche Fassung EN 60825-1, wird die Laserklasse eines Gerätes unter anderem bestimmt, indem unmittelbar an dessen Strahlaustritt, innerhalb der Ebene der Austrittspupille des Gerätes, die Pulsenergie detektiert wird, die über eine Messpupille, deren Durchmesser dem einer weit geöffneten Pupille entspricht, übertragen wird. Bei einer üblichen Energieverteilung, bei der die Energiedichte um die optische Achse am höchsten ist, wird die Messpupille koaxial zur Sendeoptik angeordnet. According to the standard "Safety of laser equipment - Part 1: Classification of equipment and requirements", German version EN 60825-1, the laser class of a device is determined inter alia, by directly at the beam exit, within the plane of the exit pupil of the device, the pulse energy is detected, which is transmitted via a measuring pupil whose diameter corresponds to that of a widely opened pupil. In a conventional energy distribution in which the energy density around the optical axis is highest, the measuring pupil is arranged coaxially to the transmitting optics.

Die Laserklasse ist wellenlängen- und energieabhängig, weshalb es für die einzelnen Laserklassen wellenlängenabhängige Grenzwerte für die Pulsenergie, die über die Messpupille übertragen wird, gibt. Sie liegt z. B. für die Laserklasse 1 für einen Wellenlängenbereich von 400 nm < λ < 700 nm bei < 0,39 mW und für eine Wellenlänge von 905 nm bei 0,9 mW. The laser class depends on the wavelength and energy, which is why there are wavelength-dependent limits for the individual laser classes for the pulse energy that is transmitted via the measuring pupil. It is z. B. for the laser class 1 for a wavelength range of 400 nm <λ <700 nm at <0.39 mW and for a wavelength of 905 nm at 0.9 mW.

Bei einer üblichen Abstrahlcharakteristik eines Lasersenders 1.1, z. B. von 75 µm–300 µm (slow axis SA) × 1 µm (fast axis FA) und einer Abstrahlcharakteristik von z. B. 10°–12° in Richtung der slow axis SA und 25°–35° in Richtung der fast axis FA sowie einer objektseitigen Brennweite f_1.2 der ersten Sammellinse 1.2 kürzer als die Baulänge eines Laser-Entfernungsmessers, wird, wie in 1c gezeigt, ein Strahlquerschnitt q_S in der Ebene der Austrittspupille 7 erzeugt, der in Richtung der slow axis SA die Austrittspupille 7, mit einem übertragbaren Anteil q_Ü der Gesamtpulsenergie des Strahlquerschnittes q_S, als auch die gedachte Messpupille, mit einem messbaren Anteil q_M der Gesamtenergie des Strahlquerschnittes q_S, nur anteilig ausleuchtet. In Richtung der fast axis FA wird die Austrittspupille 7 vollständig ausgeleuchtet und zwar nur mit einem mittleren Bereich des Strahlquerschnittes q_S, sodass die Energieverteilung im übertragbaren Anteil q_Ü einer Top-Hat-Verteilung entspricht. In a conventional radiation characteristic of a laser transmitter 1.1 , z. B. from 75 microns to 300 microns (slow axis SA) × 1 micron (fast axis FA) and a radiation characteristic of z. B. 10 ° -12 ° in the direction of the slow axis SA and 25 ° -35 ° in the direction of the fast axis FA and an object-side focal length f _{1.2 of} the first convergent lens 1.2 shorter than the length of a laser rangefinder, as in 1c shown, a beam cross section q _S in the plane of the exit pupil 7 generated in the direction of the slow axis SA, the exit pupil 7 , with a transferable portion q _{Ü of} the total pulse energy of the beam cross-section q _S , as well as the imaginary measuring pupil, with a measurable proportion q _{M of} the total energy of the beam cross-section q _S , only partially illuminates. In the direction of the fast axis FA is the exit pupil 7 completely illuminated, and only with a central region of the beam cross-section q _S , so that the energy distribution in the transferable portion q _Ü corresponds to a top hat distribution.

Um eine möglichst hohe Reichweite zu erzielen, wird der Lasersender 1.1 mit einer so hohen Pulsenergie betrieben, dass der messbare Anteil q_M der Pulsenergie dem Grenzwert für die geforderte Laserklasse entspricht. Der übertragbare Anteil q_Ü der Pulsenergie, welcher für die Reichweite bestimmend ist, ist ungefähr um das Verhältnis des Durchmessers der Austrittspupille 7 zum Durchmesser der gedachten Messpupille größer. To achieve the highest possible range, the laser transmitter 1.1 operated with such a high pulse energy that the measurable proportion q _{M of} the pulse energy corresponds to the limit value for the required laser class. The transmittable component _{q.sub.U of} the pulse energy, which determines the range, is approximately the ratio of the diameter of the exit pupil 7 to the diameter of the imaginary measuring pupil larger.

Um bei Beibehaltung der Laserklasse von einem beschriebenen Laser-Entfernungsmesser ausgehend die Reichweite des Laser-Entfernungsmessers zu erhöhen, wird für einen erfindungsgemäßen Laser-Entfernungsmesser die Brennweite des Sendekanals 1 und vorteilhaft auch die Brennweite des Empfangskanals 2 vergrößert, ohne dass hierfür die mechanischen Maße des Entfernungsmessers, insbesondere die Länge der Basis-Leiterplatte 3 und damit die Baulänge des Laser-Entfernungsmessers, vergrößert werden müssen. In order to increase the range of the laser rangefinder while maintaining the laser class of a described laser rangefinder, the focal length of the transmission channel for a laser rangefinder according to the invention 1 and advantageously also the focal length of the receiving channel 2 increased, without the mechanical dimensions of the rangefinder, in particular the length of the base circuit board 3 and thus the length of the laser rangefinder, must be increased.

Zu diesem Zweck wird für alle Ausführungen eines erfindungsgemäßen Laser-Entfernungsmessers die Sendeoptik, bestehend aus einer ersten Sammellinse 1.2, durch eine erste Zerstreuungslinse 1.4 ergänzt, welche Brennweiten f_1.4, f`_1.4 aufweist, die kürzer sind als die Brennweiten der ersten Sammellinse f_1.2, f`_1.2. Gemäß dem nachfolgend beschriebenen, besonders vorteilhaften ersten Ausführungsbeispiel wird auch die Empfangsoptik, bestehend aus einer zweiten Sammellinse 2.2, durch eine zweite Zerstreuungslinse 2.4 ergänzt. For this purpose, for all embodiments of a laser rangefinder according to the invention, the transmission optics, consisting of a first convergent lens 1.2 , through a first diverging lens 1.4 supplemented, which has focal lengths f _1.4, f ` _1.4 , which are shorter than the focal lengths of the first convergent lens f _1.2, f` _1.2 . According to the particularly advantageous first embodiment described below, the receiving optics, consisting of a second condenser lens 2.2 , through a second diverging lens 2.4 added.

In 2b ist ein paraxiales Optikschema für das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Laser-Entfernungsmessers gezeigt. In 2 B a paraxial optics scheme for the first embodiment of a laser rangefinder according to the invention is shown.

Die Zerstreuungslinsen 1.4, 2.4 sind bei Verwendung der jeweils gleichen Sammellinsen 1.2, 2.2, wie bei einem Laser-Entfernungsmesser gemäß dem vorgenannten Stand der Technik, vorteilhaft so gerechnet, dass die objektseitige Ersatzbrennebene BE₁ des Sendekanals 1 bzw. die bildseitige Ersatzbrennebene BE’₂ des Empfangskanals 2 annähernd in der objektseitigen Brennebene BE_1.2 der ersten Sammellinse 1.2 bzw. der bildseitigen Brennebene BE’_2.2 der zweiten Sammellinse 2.2 liegen. Annähernd heißt hier, dass die auf der Basis-Leiterplatte 3 aufgebrachten beiden Lötpunkte 4 verwendet werden können, um darauf eine Aufsatzleiter zu löten, die sowohl gemäß dem vorgenannten Stand der Technik als auch erfindungsgemäß bestückt sein kann, sodass der Lasersender 1.1 und der Empfänger 2.1 alternativ gemäß dem Stand der Technik jeweils in der Brennebene einer der Sammellinsen oder erfindungsgemäß jeweils in einer Ersatzbrennebene für eine der Sammellinsen und eine der Zerstreuungslinsen stehen können. Damit kann eine weitgehende Vorfertigung des Laser-Entfernungsmessers erfolgen, bevor dieser letztendlich gemäß dem vorgenannten Stand der Technik oder erfindungsgemäß fertiggestellt wird. The diverging lenses 1.4 . 2.4 are when using the same collecting lenses 1.2 . 2.2 as in a laser rangefinder according to the aforementioned prior art, advantageously calculated so that the object-side Ersatzbrennebene BE _{1 of} the transmission channel 1 or the image-side replacement focal plane BE ' _{2 of} the receiving channel 2 approximately in the object-side focal plane BE _{1.2 of} the first convergent lens 1.2 or the image-side focal plane BE ' _{2.2 of} the second convergent lens 2.2 lie. Approximately means here that on the basis printed circuit board 3 applied two solder points 4 can be used to solder on an attachment ladder, which can be equipped both in accordance with the aforementioned prior art and according to the invention, so that the laser transmitter 1.1 and the receiver 2.1 Alternatively, according to the prior art in each case in the focal plane of the converging lenses or can each stand in a substitute focal plane for one of the converging lenses and one of the diverging lenses. Thus, an extensive prefabrication of the laser rangefinder can be done before it is finally completed according to the aforementioned prior art or according to the invention.

Die objektseitige Ersatzbrennebene BE₁ des Sendekanals 1 liegt außerhalb der objektseitigen Brennweite f_1,2 der ersten Sammellinse 1.2 und die bildseitige Ersatzbrennebene BE’₂ des Empfangskanals 2 liegt außerhalb der bildseitigen Brennweite f’_2,2 der zweiten Sammellinse 2.2. The object-side substitute focal plane BE _{1 of} the transmission channel 1 is outside the object-side focal length f _{1,2 of} the first convergent lens 1.2 and the image-side substitute focal plane BE ' _{2 of} the receiving channel 2 is outside of the image-side focal length f ' _{2,2 of} the second convergent lens 2.2 ,

Die erste Zerstreuungslinse 1.4 ist mit dem Lasersender 1.1 und die zweite Zerstreuungslinse 2.4. ist mit dem Empfänger 2.1 verbunden. The first diverging lens 1.4 is with the laser transmitter 1.1 and the second diverging lens 2.4 , is with the receiver 2.1 connected.

Für die Herstellung ergibt sich damit lediglich ein Mehraufwand für die Herstellung und Montage der Zerstreuungslinsen 1.4, 2.4. Mit nur geringfügigen Änderungen beim Ablauf der Herstellung und Montage kann alternativ ein Laser-Entfernungsmesser gemäß dem vorgenannten Stand der Technik oder gemäß der Erfindung hergestellt werden und als Modul alternativ in ein Gerät mit gleichen Schnittstellen zu diesem eingesetzt werden. For the production, this results in only an extra effort for the production and installation of diverging lenses 1.4 . 2.4 , With only minor changes in the course of manufacture and assembly, a laser rangefinder according to the aforementioned prior art or according to the invention can alternatively be prepared and used as a module alternatively in a device with the same interfaces to this.

Wie erwähnt fallen die Ersatzbrennebenen BE₁, BE’₂ vorteilhaft jeweils annähernd mit den Brennebenen BE_1.2, BE’_2.2 der Sammellinsen 1.2, 2.2 zusammen. Im dargestellten Optikschema wurde deren Abstand übertrieben groß dargestellt, um den Strahlenverlauf besser sichtbar darstellen zu können. As mentioned, the replacement focal planes BE ₁ , BE ' ₂ advantageously each coincide approximately with the focal planes BE _1.2 , BE' _{2.2 of} the converging lenses 1.2 . 2.2 together. In the illustrated optical scheme, their distance was exaggerated in order to better visualize the beam path.

Die Brennweiten f_1.4, f`_1.4 / f_2.4, f`_2.4 der beiden Zerstreuungslinsen 1.4, 2.4 sind jeweils kürzer als die Brennweiten f_1.2, f’_1.2 / f_2.2, f’_2.2 der beiden Sammellinsen 1.2, 2.2. The focal lengths f _1.4, f` _1.4 / f _2.4, f` _{2.4 of} the two diverging lenses 1.4 . 2.4 are each shorter than the focal lengths f _1.2 , f ' _1.2 / f _2.2 , f' _{2.2 of} the two converging lenses 1.2 . 2.2 ,

Darüber hinaus liegt der bildseitige Brennpunkt F’_1.4 der ersten Zerstreuungslinse 1.4, die zwischen der ersten Sammellinse 1.2 und dem Lasersender 1.1 angeordnet ist, außerhalb der objektseitigen Brennweite f_1.2 der ersten Sammellinse 1.2, so wie der objektseitige Brennpunkt F_2.4 der zweiten Zerstreuungslinse 2.4, die zwischen der zweiten Sammellinse 2.2 und dem Empfänger 2.1 angeordnet ist, außerhalb der bildseitigen Brennweite f’_2.2 der zweiten Sammellinse 2.2. Die Brennpunkte der Sammellinsen und der Zerstreuungslinsen fallen keinesfalls zusammen, sondern haben einen Abstand zueinander. In addition, the image-side focal point F 'is _{1.4 of} the first diverging lens 1.4 that is between the first condenser lens 1.2 and the laser transmitter 1.1 is arranged outside the object-side focal length f _{1.2 of} the first convergent lens 1.2 , such as the object-side focal point F _{2.4 of} the second diverging lens 2.4 between the second condenser lens 2.2 and the receiver 2.1 is arranged, outside the image-side focal length f ' _{2.2 of} the second convergent lens 2.2 , The focal points of the converging lenses and the diverging lenses by no means coincide, but have a distance from each other.

Die Ersatzhauptebenen HH’₁, HH’₂ liegen damit aus Sicht des Lasersenders 1.1 bzw. des Empfängers 2.1 vor den Hauptebenen HH’_1.2, HH’_2.2 der Sammellinsen 1.2, 2.2 außerhalb des Laser-Entfernungsmessers, womit die Ersatzbrennweiten f_1, f₂ des Sendekanals 1 und des Empfangskanals 2 länger als die Baulänge des Laser-Entfernungsmesser sind. Sie liegen um so weiter weg, je geringer jeweils der Abstand der Brennpunkte ist. Je geringer der Abstand, desto länger sind die Ersatzbrennweiten. The replacement main planes HH ' ₁ , HH' ₂ are thus from the perspective of the laser transmitter 1.1 or the recipient 2.1 in front of the main planes HH ' _1.2 , HH' _{2.2 of} the converging lenses 1.2 . 2.2 outside the laser rangefinder, bringing the spare focal lengths f _1, f _{2 of} the transmission channel 1 and the receiving channel 2 are longer than the length of the laser rangefinder. They are the farther the farther away the foci are. The smaller the distance, the longer the replacement focal lengths.

In einem weniger vorteilhaften Ausführungsbeispiel entspricht der Empfangskanal dem eines Laser-Entfernungsmessers gemäß dem vorgenannten Stand der Technik. In a less advantageous embodiment, the receiving channel corresponds to that of a laser rangefinder according to the aforementioned prior art.

2c zeigt den Strahlquerschnitt q_S eines von dem Lasersender 1.1 ausgesendeten Laserstrahls in der Ebene der Austrittspupille 7 des Sendekanals 1, der durch die erste Sammellinse 1.2 und die erste Zerstreuungslinse 1.4 gebildeten Sendeoptik für einen Laserstrahl mit einer typischen Abstrahlcharakteristik eines Diodenlasers als Lasersender 1.1. 2c shows the beam cross section q _S one of the laser transmitter 1.1 emitted laser beam in the plane of the exit pupil 7 of the transmission channel 1 passing through the first condenser lens 1.2 and the first diverging lens 1.4 formed transmission optics for a laser beam with a typical radiation characteristics of a diode laser as a laser transmitter 1.1 ,

Durch die vergleichsweise längere Brennweite, hier der objektseitigen Ersatzbrennweite f₁ des Sendekanals 1 zur objektseitigen Brennweite f_1.2 der ersten Sammellinse 1.2 eines vorgenannten bekannten Laser-Entfernungsmessers, wird der Strahlquerschnitt q_S in der Ebene der Austrittspupille 7 der Sendeoptik, die als körperliche Blende vom Lasersender 1.1 aus betrachtet unmittelbar hinter der ersten Sammellinse 1.2 liegt, entsprechend dem Strahlensatz vergrößert. Due to the comparatively longer focal length, here the object-side alternative focal length f _{1 of} the transmission channel 1 to the object-side focal length f _{1.2 of} the first convergent lens 1.2 an aforementioned known laser rangefinder, the beam cross section q _S in the plane of the exit pupil 7 the transmitting optics, the physical aperture of the laser transmitter 1.1 from immediately behind the first convergent lens 1.2 is increased, according to the set of rays.

2c zeigt schematisch die sich ändernden Verhältnisse, insbesondere das Verhältnis des übertragbaren Anteils q_Ü der Pulsenergie zum messbaren Anteil q_M der Pulsenergie, welches sich mit Vergrößerung der objektseitigen Ersatzbrennweite f₁ des Sendekanals 1 und damit der Vergrößerung des Stahlquerschnittes q_S in der Ebene der Austrittspupille 7 der Sendeoptik zunehmend zugunsten des übertragbaren Anteils q_Ü deutlich verändert. 2c schematically shows the changing conditions, in particular the ratio of the transmittable component q _{Ü of} the pulse energy to the measurable component q _{M of} the pulse energy, which increases with the object-side equivalent focal length f _{1 of} the transmission channel 1 and thus the enlargement of the steel cross-section q _S in the plane of the exit pupil 7 the transmitting optics increasingly changed significantly in favor of the transferable share q _Ü .

In 1c ist dieses Verhältnis ca. 1:3. In 1c this ratio is about 1: 3.

Bei einer Vergrößerung der objektseitigen Ersatzbrennweite f₁ des Sendekanals 1 und damit des Strahlquerschnitts q_S bleibt es anfänglich nahezu konstant, bis der messbare Anteil q_M die gedachte Messpupille vollständig abdeckt. Bei einer weiteren Vergrößerung des Strahlquerschnittes q_S nimmt nur noch der übertragbare Anteil q_Ü zu und der messbare Anteil q_M bleibt konstant. Idealerweise wird die Sendeoptik und vorteilhaft auch die Empfangsoptik so gerechnet, dass der übertragbare Anteil q_Ü die Austrittspupille 7 in Richtung der slow axis SA vollständig abdeckt, aber auch nicht wesentlich darüber hinausgeht. At an enlargement of the object-side equivalent focal length f _{1 of} the transmission channel 1 and thus the beam cross section q _S initially remains almost constant until the measurable component q _M completely covers the imaginary measuring pupil. With a further enlargement of the beam cross-section q _S , only the transmittable component q _Ü increases and the measurable component q _M remains constant. Ideally, the transmission optics and advantageously also the receiving optics are calculated so that the transmittable component q _Ü the exit pupil 7 in the direction of the slow axis SA, but does not go much further.

Die Reichweite des Laser-Entfernungsmessers kann so aufgrund der Übertragung von mehr Strahlungsenergie bei Beibehaltung der Laserklasse erheblich vergrößert werden. The range of the laser rangefinder can be significantly increased due to the transfer of more radiation energy while maintaining the laser class.

Aufgrund der größeren Brennweite ergibt sich auch zwangsläufig eine Verringerung der Strahldivergenz des ausgesendeten Laserstrahls, was ebenfalls zur Erhöhung der Reichweite führt. Nicht in jedem Fall ist jedoch eine Verringerung der Strahldivergenz gewünscht, wenn z. B. in bekannten Entfernungen mit einem bekannten Reflexionsvermögen nur Objekte ab einer bestimmten Größe detektiert werden sollen. Um unterschiedliche Kundenbedürfnisse zu erfüllen, kann es für einen Hersteller daher von Interesse sein, alternativ einen Laser-Entfernungsmesser des vorgenannten Standes der Technik und einen Laser-Entfernungsmesser gemäß der Erfindung anzubieten. Es ist daher für die Montage und Prüfung vorteilhaft, dass allein durch den Austausch der Aufsatz-Leiterplatten (mal mit und mal ohne zusätzliche Zerstreuungslinse) der eine oder andere Laser-Entfernungsmesser montiert werden kann. Due to the larger focal length also inevitably results in a reduction of the beam divergence of the emitted laser beam, which also leads to increase the range. Not in every case, however, a reduction of the beam divergence is desired when z. B. in known distances with a known reflectivity only objects from a certain size to be detected. Therefore, in order to meet different customer needs, it may be of interest to a manufacturer alternatively to offer a laser range finder of the aforementioned prior art and a laser range finder according to the invention. It is therefore advantageous for the assembly and testing that only one or the other laser rangefinder can be mounted by replacing the top circuit boards (sometimes with and sometimes without additional diverging lens).

Wenn auch der Empfangskanal 2 wie erläutert vorteilhaft mit einer zweiten Zerstreuungslinse 2.4 ausgestattet wird, wird die Reichweite zusätzlich noch dadurch verbessert, dass die Empfangsdivergenz geringer wird. Dies führt zu einem verringerten Fremdlichteinfall und damit Gleichlichtrauschen, was ein verbessertes Signal-Rauschverhältnis bewirkt. Even though the receiving channel 2 as explained advantageous with a second diverging lens 2.4 is equipped, the range is further improved by the fact that the reception divergence is lower. This leads to a reduced incidence of external light and thus light noise, which causes an improved signal-to-noise ratio.

Das Optikschema ist eine Darstellung im paraxialen Gebiet, welche es erlaubt, die prinzipielle Strahlführung im Sendekanal 1 und Empfangskanal 2 zu zeigen. Für eine Erklärung der sich mit den Brennweiten ändernden Sende- bzw. Empfangsdivergenz muss die Ausdehnung des Lasersenders 1.1, genauer dessen Sendefläche und die Ausdehnung des Empfängers 2.1, genauer der Empfangsfläche, beachtet werden. Es versteht sich für den Fachmann, dass diese generell unterschiedliche Ausdehnungen haben, weshalb das Optikschema, bei dem der von einem Punkt ausgehende Laserstrahl und in einem Punkt empfangene Laserstrahl dargestellt sind, für den Sendekanal 1 und den Empfangskanal 2 zwar prinzipiell gleich ist, jedoch die Werte für die Brennweiten und Standorte der Brennebenen unterschiedlich sind. The optical scheme is a representation in the paraxial region, which allows the principle beam guidance in the transmission channel 1 and receiving channel 2 to show. For an explanation of the changing with the focal lengths transmitting or Empfangsdivergenz must the extent of the laser transmitter 1.1 , more precisely, the transmission area and the extent of the receiver 2.1 , more precisely, the receiving surface, to be heeded. It will be understood by those skilled in the art that these generally have different extents, therefore, the optical scheme in which the laser beam emanating from a point and laser beam received at a point are shown for the transmit channel 1 and the receiving channel 2 Although in principle the same, but the values for the focal lengths and locations of the focal planes are different.

Idealerweise werden der Sendekanal 1 und der Empfangskanal 2 so gerechnet, dass die Sendedivergenz und die Empfangsdivergenz aneinander angepasst sind. Ideally, the broadcast channel 1 and the receiving channel 2 calculated so that the transmission divergence and the reception divergence are matched to each other.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Sendekanal transmission channel
1.1 1.1: Lasersender laser transmitter
1.2 1.2: erste Sammellinse first condensing lens
1.3 1.3: Sendeachse transmission axis
1.4 1.4: erste Zerstreuungslinse first diverging lens
2 2: Empfangskanal receiving channel
2.1 2.1: Empfänger receiver
2.2 2.2: zweite Sammellinse second condenser lens
2.3 2.3: Empfangsachse receiving axis
2.4 2.4: zweite Zerstreuungslinse second diverging lens
3 3: Basis-Leiterplatte Mother board
4 4: Lötpunkt soldering
5 5: Aufsatz-Leiterplatte Tower board
7 7: Austrittspupille exit pupil
8 8th: Eintrittspupille entrance pupil
SA SA: slow axis slow axis
FA FA: fast axis fast axis
q_S q _S: Strahlquerschnitt (in der Ebene der Austrittspupille 7) Beam cross section (in the plane of the exit pupil 7 )
q_Ü q _Ü: übertragbarer Anteil transferable share
q_M q _M: messbarer Anteil measurable share
HH’_1.2 HH ' _1.2: Hauptebenen (der ersten Sammellinse 1.2) Main levels (the first condensing lens 1.2 )
HH’_1.4 HH ' _1.4: Hauptebenen (der ersten Zerstreuungslinse 1.4) Main levels (the first diverging lens 1.4 )
HH’₁ HH _'1: Ersatzhauptebenen (des Sendekanals 1) Replacement main levels (of the transmission channel 1 )
HH’_2.2 HH ' _2.2: Hauptebenen (der zweiten Sammellinse 2.2) Main levels (the second convergent lens 2.2 )
HH’_2.4 HH ' _2.4: Hauptebenen (der zweiten Zerstreuungslinse 2.4) Main levels (the second diverging lens 2.4 )
HH’₂ HH _'2: Ersatzhauptebenen (des Empfangskanals 2) Replacement main levels (of the receiving channel 2 )
F_1.2 F _1.2: objektseitiger Brennpunkt (der ersten Sammellinse 1.2) Object focal point (the first convergent lens 1.2 )
F’_1.4 F ' _1.4: bildseitiger Brennpunkt (der ersten Zerstreuungslinse 1.4) Image-side focal point (the first diverging lens 1.4 )
F₁ F ₁: objektseitiger Ersatzbrennpunkt (des Sendekanals 1) object-side replacement focal point (of the transmission channel 1 )
F’_2.2 F ' _2.2: bildseitiger Brennpunkt (der zweiten Sammellinse 2.2) Image-side focal point (the second convergent lens 2.2 )
F_2.4 F _2.4: objektseitiger Brennpunkt (der zweiten Zerstreuungslinse 2.4) object-side focal point (the second diverging lens 2.4 )
F’₂ F ' ₂: bildseitiger Ersatzbrennpunkt (des Empfangskanals 2) Image-side replacement focal point (of the receiving channel 2 )
f_1.2 f _1.2: objektseitige Brennweite (der ersten Sammellinse 1.2) Object-side focal length (the first convergent lens 1.2 )
f₁ f ₁: objektseitige Ersatzbrennweite (des Sendekanals 1) Object-side replacement focal length (of the transmission channel 1 )
f’_2.2 f ' _2.2: bildseitige Brennweite (der zweiten Sammellinse 2.2) Image focal length (the second convergent lens 2.2 )
f’₂ f ' ₂: bildseitige Ersatzbrennweite (des Empfangskanals 2) Image-side replacement focal length (of the receiving channel 2 )
BE_1.2 BE _1.2: objektseitige Brennebene (der ersten Sammellinse 1.2) Object focal plane (the first condensing lens 1.2 )
BE₁ BE ₁: objektseitige Ersatzbrennebene (des Sendekanals 1) Object-side substitute focal plane (of the transmission channel 1 )
BE’_2.2 BE ' _2.2: bildseitige Brennebene (der zweiten Sammellinse 2.2) image-side focal plane (the second convergent lens 2.2 )
BE’₂ BE ' ₂: bildseitige Ersatzbrennebene (des Empfangskanals 2) image-side replacement focal plane (of the receiving channel 2 )

Claims

Laser rangefinder with a transmission channel ( 1 ), comprising a laser transmitter ( 1.1 ) and a first converging lens ( 1.2 ), an object-side focal length (f _1.2 ) having, together, a transmission axis ( 1.3 ) and a receiving channel ( 2 ) comprising a recipient ( 2.1 ) and a second converging lens ( 2.2 ), having an image-side focal length (f ' _2.2 ), which together form a reception axis (f. 2.3 ), which belong to the transmission axis ( 1.3 ) is aligned parallel, and one for the radiation of the laser transmitter ( 1.1 ) impermeable, dimensionally stable base printed circuit board ( 3 ) on which the laser transmitter ( 1.1 ) and the recipient ( 2.1 ) each within an extended soldering point ( 4 ) indirectly on a top-mounted circuit board ( 5 ) are attached, wherein the transmission channel ( 1 ) on one side of the base board ( 3 ) and the receiving channel ( 2 ) on the other side of the base board ( 3 ) are arranged, characterized in that between the first converging lens ( 1.2 ) and the laser transmitter ( 1.1 ) a first diverging lens ( 1.4 ) with the laser transmitter ( 1.1 ), which has focal lengths (f _1.4, f ' _1.4 ) which are shorter than the focal lengths of the first convergent lens (f _1.2, f' _1.2 ), and main planes (HH ' _1.4 ) which are within the object-side focal length ( f _1.2 ) of the first convergent lens ( 1.2 ), and a resulting object-side substitute focal plane (BE ₁ ) of the transmission channel ( 1 ) outside the object-side focal length (f _1.2 ) of the first convergent lens (f _1.2 ) 1.2 ), in which the laser transmitter ( 1.1 ) is arranged.

Laser rangefinder according to claim 1, characterized in that between the second convergent lens ( 2.2 ) and the recipient ( 2.1 ) a second diverging lens ( 2.4 ) with the receiver ( 2.1 ), which has focal lengths (f _2.4, f` _2.4 ) which are shorter than the focal lengths of the second convergent lens (f _2.2 , f` _2.2 ), and main planes (HH' _2.4 ), which within the image-side focal length ( f ' _2.2 ) of the second convergent lens ( 2.2 ), and a resulting image-side replacement focal plane (BE ' ₂ ) of the receiving channel ( 2 ) outside the image-side focal length (f ' _2.2 ) of the second convergent lens (f' _2.2 ) 2.2 ), in which the recipient ( 2.1 ) is arranged.

Laser rangefinder according to claim 1, characterized in that an object-side focal plane (BE _1.2 ) of the first convergent lens ( 1.2 ) and the object-side substitute focal plane (BE ₁ ) of the transmission channel ( 1 ) to each other at a distance which is smaller than an extension of one of the extended soldering points ( 4 ).

Laser rangefinder according to claim 2, characterized in that a image-side focal plane (BE ' _2.2 ) of the second convergent lens ( 2.2 ) and the image-side replacement focal plane (BE ' ₂ ) of the receiving channel ( 2 ) to each other at a distance which is smaller than an extension of one of the extended soldering points ( 4 ).